長滯空無人飛行載具設計與實現研究

Translated title of the thesis: The Design and Realization of Long Endurance Unmanned Aerial Vehicle
  • 藍 艁昕

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究欲實際設計一款無人飛機龍飛-II號進行試飛驗證,而其適用災後救援及勘災等用途,因此建立一套無人飛機的設計與實作流程,大致可劃分為載具設計、控制器設計、次系統架設與測試、試飛驗證等四大部份。其中,對於載具設計的步驟中,包括概念設計、初步設計、穩定性分析、細部設計及實際試飛等步驟。在設計之初,透過比較各種不同構型載具的優缺點,吾人可針對本次任務選擇適合的載具構型;在初步設計與細部設計的部分,吾人對於載具的氣動力外型及升阻力表現進行計算,並求取適合的飛行點;而在穩定性分析及起降分析中,可了解載具在縱向方向的穩定區間,並初步得知載具於起飛降落等飛行特性。控制器的部分則須先進行載具的數學模型建立,導出載具的轉移函數後,針對縱向短周期運動進行PID控制器的計算,並於後續試飛時驗證。而無人飛機系統中,還包括了動力系統、通訊系統、控制系統、電源系統、地面站監控等各個不同的次系統,而這些次系統之間需互相整合與測試。本研究在動力系統部分以四行程汽油引擎作為本次無人飛機的動力來源,並測試不同尺寸的螺旋槳對於推力及油耗的表現,進而從中選取最佳的螺旋槳進行使用。而在飛行測試中,得以驗證載具的設計點與實際飛行狀況互相吻合,其中對於載具縱向短周期運動控制器的驗證可看出,載具在俯仰角的追蹤確實達到成效,但由於試飛時的飛行範圍較小,較無法看出長距離飛行的情況中,長週期運動對載具飛行的影響性。
Date of Award2014 Jul 30
Original languageChinese
SupervisorWei-Hsiang Lai (Supervisor)

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